[发明专利]一种基于ZigBee的隧道自动化监测系统及其监测方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种监测系统，尤其涉及一种基于ZigBee的隧道自动化监测系统及其监测方法。

背景技术

随着国家建设的快速发展，目前的公路、铁路隧道出现了一些新的特点：断面大、隧道长、地质条件复杂，隧道掘进面前方的不良地层条件极易引起隧道塌方、涌水。这些因素不仅在技术上给隧道施工带来极大的困难，也常常因突发事故导致人身伤亡、工期延误，从而造成巨大的经济损失，同时也引起了国家监管部门的高度重视。

目前用于隧道监测的方法及工具随着隧道跨度的不断增大或监测难度的不断增加，局限性越来越凸显，监测的精度和误差也越来越不能够满足要求，再者，目前的监测方法也不能进行实时监测，不具有自动报警或预警的功能，存在认为影响的因素。

另外，常规的一些监测仪器与方法也存在着一些根本性缺陷：点式测量，信息量少；难以实现分布式监测，往往会遗漏一些对工程安全致关重要的信息；耐久性差；易受强电磁场干扰，测量精度受到影响；不适合易燃、易爆、高温、雷击区等恶劣环境；不便远距离遥测和监控等。

随着科学技术的不断进步，为进一步提隧道工程监测信息的准确可靠，提高隧道参数监测手段的自动化程度，需要我们对监测设备、监测方法、监测手段等进行探索与研究，以实现隧道参数的监测由传统的监测设备、监测方法向智能结构系统转变。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种基于ZigBee的隧道自动化监测系统，利用无线传感数据通信网，结合先进的计算机信息技术，实现对隧道工程中净空收敛、拱顶位移、围岩压力等参数数据的自动化监测。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种基于ZigBee的隧道自动化监测系统，其特征在于包括:

自动化数据采集系统, 包括传感器、数据采集装置和短距离无线发射接收装置;在所述传感器既有的数字接口和通信协议加装自组网通信模块，所述采集器内置符合IEEE 802.15.4无线协议的ZigBee嵌入式模块。

无线远程传输系统, 包括基站、远程无线运输装置和服务器; 所述传输系统采用WCDMA方式进行远程数据传输，并通过公网宽带接入所述系统服务器。

用户服务平台，包括数据分析处理系统、智能化预警系统、管理中心和报表中心等处理系统。

所述的传感器节点具有微处理器和存储器，可对原始数据进行处理，剔除大量无效数据，大大减少需无线传输的数据量。

所述的自动化数据采集系统可以实现对现场监测数据的自动采集、存储和预处理，短距离无线传输和远程控制。

所述的数据分析处理系统可实现对监测数据的分析和处理，引入智能非线性预测方法，预测监测数据的发展趋势，将分析结果以图形和报表等多种方式输出；智能化预警系统依据设定的预警值，对监测数据进行分析判断，并做出相应的预警指示。

所述的传感器监测内容包括变形监测、内力监测、裂缝监测和地下水位监测，所述的变形监测包括水平净空收敛、拱顶位移、土体分层竖向位移、周边地表位移、周边建筑位移、管线变形，所述的内力监测包括支护结构内力、锚杆轴力、围岩压力，裂缝监测包括隧道周边地表裂缝和建筑物裂缝、支护结构裂缝；所述的传感器可以根据测点所处位置选择合适的监测仪器和设备。

优选地，所述的传感器为光纤光栅传感器。

所述的采集器能够将所述的传感器产生的数字信号通过无线通信方式发往中继器，所述的自组网通信模块分别与现场中继器逐一配置，形成一对多点的分布式无线通信网。

所述的分布式无线通信网系统可定时或随时实现对测点实时数据的自动采集，所述测点采集器具有休眠和后台唤醒功能，能够通过现场配置或数据管理端原先加载接口协议，实时执行后台采集和发送指令，中继器通过WCDMA分组交换方式与管理后台建立双向通信机制。

所述的传感器节点可以根据施工进展随机布置，节点自动配置管理，形成多级无线网络，也可根据隧道工作状态，任意加入新的监测测点，具有良好的可扩展性，当某个节点故障时，其他节点自动寻找新的传输路径，不影响整个网路的正常工作。

所述的用户服务平台能够提供隧道模型管理、数据分析处理、安全评估、预警反馈、曲线及报表输出、综合管理等应用功能，平台包括分析处理系统、智能化预警系统和系统管理中心等子系统。